KR101648341B1 - Method for manufacturing propylene glycol from glycerol and catalyst used therein - Google Patents

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Abstract

본 발명은, Ni 전구체 화합물, Cu 전구체 화합물 및 SiO2로부터 졸겔법에 의해 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매를 제조하고, 제조된 촉매의 존재 하에 글리세롤의 수소첨가분해반응에 의해 프로필렌글리콜을 제조하는 반응을 제공한다. 본 발명에 따른 촉매를 사용하면, 10 이하의 낮은 수소/글리세롤 비율에서도 높은 글리세롤 전환율 및 높은 프로필렌글리콜 선택성을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 동안 프로필렌글리콜을 고수율로 생산할 수 있다. The present invention relates to a process for producing a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst from a Ni precursor compound, a Cu precursor compound, and SiO 2 by a sol-gel method and to produce propylene glycol by hydrogenolysis of glycerol in the presence of the prepared catalyst Lt; / RTI > Using the catalyst according to the present invention, not only a high glycerol conversion and a high propylene glycol selectivity can be achieved at a low hydrogen / glycerol ratio of 10 or less, but also a high yield of propylene glycol can be produced over a long period of time.

Description

글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜 제조 방법 및 이에 사용되는 촉매 {METHOD FOR MANUFACTURING PROPYLENE GLYCOL FROM GLYCEROL AND CATALYST USED THEREIN}METHOD FOR MANUFACTURING PROPYLENE GLYCOL FROM GLYCEROL AND CATALYST USED THEREIN BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for producing propylene glycol by hydrogenation of glycerol,

본 발명은 글리세롤의 수소첨가분해반응을 통한 프로필렌글리콜의 제조방법 및 이를 위한 촉매에 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매의 존재하에 글리세롤을 수소와 반응시켜 프로필렌글리콜을 제조하는 방법 및 이를 위한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매에 관한 것이다. The present invention relates to a process for preparing propylene glycol by hydrocracking of glycerol and a catalyst for the same, and more particularly to a process for producing propylene glycol by hydrogenolysis of glycerol with hydrogen in the presence of a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst. And a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst therefor.

최근 화석연료의 대체 에너지원으로 바이오디젤이 많은 관심을 받고 있다. 상기 바이오디젤은 식물 유래의 자원, 이를테면 유채씨, 콩기름, 폐식용유, 현미유와 같은 식물성 기름을 가공하여 만들 수 있는, 경유와 물리적 특성이 같은 연료를 통칭한다. 상기 바이오디젤은 일반 경유와 같은 물리적 특성이 같기 때문에, 현재 사용되고 있는 디젤 엔진에 바로 사용이 가능하고, 오염물질의 배출량이 적다는 장점이 있다. Recently, biodiesel has received much attention as an alternative energy source for fossil fuels. The biodiesel refers to fuels having physical properties similar to those of light oil, which can be produced by processing plant-derived resources, such as vegetable oil such as rapeseed oil, soybean oil, waste cooking oil, and brown rice oil. Since the biodiesel has the same physical characteristics as those of ordinary diesel, it can be used directly in diesel engines currently used, and the emission of pollutants is small.

이러한 바이오디젤은 식물 유래의 자원으로부터 전이에스테르화에 의한 지방산 메틸 에스테르의 합성반응을 통해 제조된다. 이러한 전이에스테르화 반응에서 주요 부산물로 발생하는 글리세롤은 미용, 제약, 식품 등의 분야에서 사용되지만 산업적인 수요에 비해 공급되는 글리세롤의 양이 과도하게 많아 결국 그 가치가 폭락하게 되었다. 이러한 이유로 바이오디젤의 부산물로 발생하는 글리세롤을 고부가가치의 다른 물질로 전환하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.Such biodiesel is produced through the synthesis reaction of fatty acid methyl esters by transesterification from plant-derived resources. Glycerol, which is a major by - product of this transesterification reaction, is used in the fields of cosmetics, pharmaceuticals, and food, but the amount of glycerol supplied is in excess of that of industrial demand. For this reason, studies have been actively conducted to convert glycerol, which is a by-product of biodiesel, to other high-value-added materials.

이 중 글리세롤의 수소첨가분해반응에 의해 생성되는 1,2-프로판디올은 의약품, 화장품의 중간체, 폴리에스테르, 불포화폴리에스터의 합성원료 및 셀로판의 가소제로 사용되는 물질로써 여러가지 응용이 가능한 고부가가치 물질로 알려져 있다. Among these, 1,2-propanediol produced by hydrocracking of glycerol is used as a synthesis material for medicines, intermediates for cosmetics, polyester, unsaturated polyester, and as a plasticizer of cellophane, and is a high value-added material .

글리세롤에서 1,2-프로판디올로 전환되는 반응은 촉매를 통한 수소첨가분해반응에 의하여 진행된다. The conversion of glycerol to 1,2-propanediol proceeds by hydrogenolysis through a catalyst.

상기 촉매를 이용한 방법은 아직까지 많은 연구가 이루어지고 있지 않은데, 미국특허 제5616817호에서는 코발트, 구리, 망간, 몰리브덴이 섞여 있는 성분의 촉매를 제조하여 글리세롤을 1,2-프로판디올로 전환하고 있는데, 제시된 반응조건은 100~700의 고압 및 180~270℃의 고온 조건인바, 매우 가혹한 조건이 필요하다는 문제가 있다.However, US Patent No. 5,616,817 discloses that catalysts containing cobalt, copper, manganese, and molybdenum are prepared to convert glycerol to 1,2-propanediol , The proposed reaction conditions require high pressure of 100 to 700 and a high temperature of 180 to 270 DEG C, which requires very severe conditions.

유사 하이드로탈사이트에 담지된 귀금속 촉매를 이용한 경우 180℃, 40 bar, 수소 흐름 조건에서 글리세롤 전환율 58.5%, 프로필렌글리콜 선택성은 85.5%, 프로필렌글리콜 수율은 50% 수준이다. (한국출원특허 10-2010-0035921)The conversion of glycerol was 58.5%, the propylene glycol selectivity was 85.5%, and the yield of propylene glycol was 50% at 180 ° C and 40 bar, hydrogen flow condition using the noble metal catalyst supported on hydrotalcite. (Korean Patent Application No. 10-2010-0035921)

Pd이 도입된 구리-크롬 촉매를 이용한 경우에, 220℃/60 bar/H2 조건에서 80% 수준의 프로필렌글리콜 수율을 보였다 (한국출원특허 10-2011-0138612).In the case of using a copper-chromium catalyst having Pd introduced therein, the yield of propylene glycol was 80% at 220 ° C / 60 bar / H 2 (Korean Patent Application No. 10-2011-0138612).

또한 최근 개발된 촉매로 스피넬(spinel) 구조의 구리-크롬 촉매가 보고된 바 있는데, 해당 촉매는 80bar 이상의 높은 수소 압력 하에서 활성을 나타낸다는 문제점이 있다. Recently, a copper-chromium catalyst having a spinel structure has been reported as a catalyst. However, the catalyst has a problem in that it exhibits activity under high hydrogen pressure of 80 bar or more.

이러한 높은 수소 압력은 화학공정상에서 큰 부담이 되기 때문에 1,2-프로판디올의 상용화에 어려움이 많다. 따라서 낮은 수소 압력 하에서도 높은 활성을 나타내는 촉매의 개발이 시급한 실정이다. Since such a high hydrogen pressure is a great burden on the chemical process, it is difficult to commercialize 1,2-propanediol. Therefore, it is urgent to develop a catalyst exhibiting high activity under low hydrogen pressure.

한편, 글리세롤을 액상이 아닌 기상 조건에서 수소화를 진행하는 경우 (195℃, 20 bar, 수소/글리세롤= 595, LHSV 0.676 조건)에서 구리-크롬 촉매 이용시 글리세롤 전환율 99.9%, 프로필렌 글리콜 선택성 96%의 높은 촉매 활성을 얻을 수 있는 것으로 보고되어 있다 (한국특허 10-2007-7000311). 하지만, 상기와 같은 글리세롤을 기상 수소화 반응을 위해서는 수소/글리세롤 몰비율이 500이상으로 지나치게 높아 반응기 부피가 커지고, 반응 후 수소 분리 비용이 증가하는 단점이 있다. On the other hand, when copper-chromium catalyst was used as the catalyst, the conversion of glycerol was 99.9% and the selectivity of propylene glycol was 96%, which was higher than that of glycerol in the case of progressing hydrogenation in a gas phase condition not liquid phase (195 ° C, 20 bar, hydrogen / glycerol = 595, LHSV 0.676) It has been reported that it is possible to obtain catalytic activity (Korean Patent No. 10-2007-7000311). However, since the hydrogen / glycerol molar ratio of the glycerol is too high to be 500 or more for the hydrogenation reaction of glycerol, the volume of the reactor becomes large and the cost of hydrogen separation after the reaction increases.

본 발명의 목적은 상기와 같은 공정상의 문제를 해결하고, 비교적 낮은 수소 압력 및 10 이하의 낮은 수소/글리세롤 몰비율의 조건에서도 1,2-프로판디올을 장시간 동안 높은 수율로 제조할 수 있는 촉매를 개발하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the process and to provide a catalyst capable of producing 1,2-propanediol in a high yield over a long period of time under a relatively low hydrogen pressure and a hydrogen / glycerol molar ratio as low as 10 or less Development.

본 발명자들은, 금속 촉매의 존재하에 글리세롤의 수소첨가분해반응에 의해 프로필렌글리콜을 제조하는 반응에서, Ni를 소량 첨가하여 제조된 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매를 사용하면, 10 이하의 낮은 수소/글리세롤 비율 및 80wt% 이상의 높은 초기 글리세롤 농도에서, 높은 글리세롤 전환율 및 높은 프로필렌글리콜 선택성을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 동안 고수율로 1,2-프로필렌글리콜을 생산할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have found that when a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst prepared by adding a small amount of Ni in the reaction of producing propylene glycol by hydrogenolysis of glycerol in the presence of a metal catalyst, / Glycerol ratio and a high initial glycerol concentration of 80 wt% or higher, 1,2-propylene glycol can be produced at a high yield over a long period of time as well as a high glycerol conversion and a high propylene glycol selectivity can be achieved. Respectively.

본 발명에 따르면, NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매의 존재하에 글리세롤의 수소첨가분해반응에 의해 프로필렌글리콜을 제조하는 반응에서, 10 이하의 낮은 수소/글리세롤 비율에서도 높은 글리세롤 전환율 및 높은 프로필렌글리콜 선택성을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 동안 고수율로 프로필렌글리콜을 생산할 수 있다. According to the present invention, in the reaction of producing propylene glycol by hydrogenolysis of glycerol in the presence of a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst, a high glycerol conversion and a high propylene glycol selectivity But also propylene glycol can be produced at a high yield over a long period of time.

본 발명의 첫 번째 목적은 니켈, 구리 및 규소의 복합산화물 촉매의 존재 하에 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌글리콜의 제조방법을 제공하는 것으로, 하기 단계를 포함한다: A first object of the present invention is to provide a process for the production of propylene glycol by hydrogenation of glycerol in the presence of a complex oxide catalyst of nickel, copper and silicon, comprising the steps of:

- 글리세롤 수용액을 준비하는 단계(단계 1);Preparing a glycerol aqueous solution (step 1);

- 복합산화물 촉매를 전처리하는 단계 (단계 2);- pre-treating the composite oxide catalyst (step 2);

- 상기 글리세롤 수용액과 수소 기체를 혼합한 후 촉매가 충진된 반응기로 주입하고 반응시켜 프로필렌 글리콜을 생성하는 단계(단계 3); 및Mixing the glycerol aqueous solution with hydrogen gas, injecting the mixture into a reactor filled with a catalyst and reacting the mixture to produce propylene glycol (Step 3); And

- 상기 생성된 프로필렌글리콜을 글리세롤과 물로부터 분리하는 단계(단계 4). - separating the resulting propylene glycol from glycerol and water (step 4).

하나의 구현예에 따르면, 전술한 글리세롤 및 수소는 10:1 또는 그 이하의 몰비로 공급될 수 있다. 또, 단계 2는 200~250 ℃의 온도 및 20~40기압의 압력에서 수행될 수 있다. According to one embodiment, the aforementioned glycerol and hydrogen may be fed at a molar ratio of 10: 1 or less. Step 2 may be carried out at a temperature of 200 to 250 ° C and a pressure of 20 to 40 atm.

또다른 구현예에 따르면, 상기 SiO2는 입자크기가 5~50 nm이며, 전술한 나노복합체 촉매는 수소 기체 흐름하에서 전처리하여 사용될 수 있다.According to another embodiment, the SiO 2 has a particle size of 5 to 50 nm, and the nanocomposite catalyst described above can be used by pretreating under a hydrogen gas flow.

본 발명의 두 번째 목적은, Ni 전구체 화합물, Cu 전구체 화합물 및 SiO2로부터 공침법에 의해 제조되고, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의제조를 위해 사용되는 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매를 제공하는 것이다. A second object of the present invention is to provide a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst which is prepared by coprecipitation from a Ni precursor compound, a Cu precursor compound and SiO 2 and is used for the production of propylene glycol by hydrogenation of glycerol .

하나의 구현예에 따르면, 전술한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매는 복합산화물 및 혼합산화물이 혼재된 형태를 가질 수 있으며, 전술한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매에서 (Ni+Cu) 성분은 산화물로 환산하여 전체 촉매의 50~90중량%에서 선택되고, Ni 성분은 0.1~25중량%에서 선택될 수 있다. According to one embodiment, the NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst may have a mixed oxide and a mixed oxide. In the NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst, the (Ni + Cu) Component is selected from 50 to 90% by weight of the total catalyst in terms of oxide, and the Ni component can be selected from 0.1 to 25% by weight.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 이하의 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이어서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The details of other embodiments are included in the following description and drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent with reference to the embodiments and drawings described hereinafter. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, The present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명에 있어서, 프로필렌글리콜은 1,2-프로필렌글리콜 또는 1,3-프로필렌글리콜을 의미할 수 있으며, 특별하게는 1,2-프로필렌글리콜을 의미한다. In the present invention, propylene glycol may mean 1,2-propylene glycol or 1,3-propylene glycol, and specifically refers to 1,2-propylene glycol.

이하에서는 본 발명에 따른 글리세롤의 수소첨가반응용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 사용하여 글리세롤을 수소첨가반응시켜 프로필렌글리콜을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a catalyst for hydrogenation reaction of glycerol according to the present invention, a process for producing the same, and a process for producing propylene glycol by hydrogenating glycerol using the catalyst will be described in detail.

1. One. NiONiO -- CuOCuO // SiOSiO 22 나노복합체 촉매 Nanocomposite catalyst

본 발명의 구현예에 따르면, 글리세롤의 수소첨가반응촉매는 소량의 Ni 성분, 구리 성분 및 실리카로 된 나노복합체 촉매로서, Ni-Cu/SiO2, 더욱 구체적으로는 NiO-CuO/SiO2로 표현될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the hydrogenation catalyst of glycerol is a nanocomposite catalyst consisting of a small amount of Ni component, copper component and silica and is represented by Ni-Cu / SiO 2 , more specifically NiO-CuO / SiO 2 .

상기 나노복합체 촉매는 Ni, Cu 및 Si 성분들이 복합산화물 및 혼합산화물이 혼재된 형태로 존재할 수 있으며, 예를들면 Ni 및 Cu 성분들은 NiO-CuO로 표시되는 복합산화물을 형성하여 SiO2 입자에 담지된 형태로 또는 별개의 입자로 존재할 수 있다. The nanocomposite catalysts are Ni, Cu and Si components are employed may be present in the the compound oxide and mixed oxide mixed form, for example, Ni and Cu components to form a composite oxide represented by the NiO-CuO supported on the SiO 2 particles Or in the form of discrete particles.

본 발명에 따른 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매에서, (Ni+Cu) 성분 및 Si 성분은, 각각의 산화물의 중량으로 환산할 때, 전체 촉매에 대하여, (Ni+Cu) 성분은 50~90중량%, 구체적으로는 60~90중량%, 바람직하게는 70~85중량%의 양으로 사용되며, SiO2 는 10~50중량%, 구체적으로는 10~40중량%, 바람직하게는 15~30중량%의 양으로 사용될 수 있다. The NiO-CuO / SiO 2 In the nanocomposite catalyst, the content of the (Ni + Cu) component and the Si component is 50 to 90% by weight, specifically 60 to 90% by weight based on the total catalyst, SiO 2 is used in an amount of 10 to 50 wt.%, Specifically 10 to 40 wt.%, Preferably 15 to 30 wt.%.

본 발명에 따르면, Ni 성분은 비교적 적은 양으로 사용되는데, Ni 성분은, 각각의 산화물의 중량으로 환산할 때, 전체 촉매에 대하여, 0.1~25중량%, 구체적으로는 0.3~20중량%, 바람직하게는 0.6~15중량%에서 선택될 수 있다. According to the present invention, the Ni component is used in a relatively small amount. The Ni component is preferably 0.1 to 25% by weight, more preferably 0.3 to 20% by weight, By weight may be selected from 0.6 to 15% by weight.

니켈의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 니켈에 의한 수소 흡착 능력 및 수소의 스필오버 효과(spillover effect) 부족의 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 반응이 과도하게 진행하고 오히려 수율을 저해한다는 문제가 있다. 본 발명의 촉매는 파우더 또는 펠렛 형태일 수 있다. 본 발명의 촉매의 형태에는 제한이 없지만, 연속 공정에 적용하기 위해서는 펠렛 형태가 바람직하므로,당업계에 통상적으로 사용하는 방법에 따라 펠렛 형태로 제조하여 사용할 수 있다.When the content of nickel is less than the above range, there is a problem in that the hydrogen adsorption ability by nickel and the spillover effect of hydrogen are insufficient. When the content exceeds the above range, the reaction proceeds excessively, . The catalyst of the present invention may be in the form of a powder or a pellet. There is no limitation on the form of the catalyst of the present invention, but pellet form is preferable for application to a continuous process, and thus pellet form can be used according to a method commonly used in the art.

2. 촉매의 제조방법2. Method for producing catalyst

본 발명에 따른 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매는 NiO 전구체, CuO 전구체 및 실리카 입자를 사용하여 공침법에 의해 제조될 수 있는데, 예를들면, 실리카졸에 NiO 전구체 및 CuO 전구체를 용매에 용해시켜 전구체 용액을 준비하는 단계, 전구체 용액을 실리카졸 용액에 첨가하는 단계, 결과된 반응혼합물의 pH를 조절하여 침전물을 형성시키는 단계, 상기 침전물을 숙성시키는 단계, 상기 숙성된 침전물을 여과, 건조 및 소성하는 단계를 포함할 수 있다. The NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst according to the present invention can be prepared by coprecipitation using a NiO precursor, a CuO precursor and silica particles. For example, the NiO precursor and the CuO precursor are dissolved in a solvent in a silica sol Preparing a precursor solution, adding a precursor solution to the silica sol solution, adjusting the pH of the resulting reaction mixture to form a precipitate, aging the precipitate, filtering and drying the aged precipitate, And firing.

상기 소성된 분말형태의 촉매는 유기 또는 무기 결합제를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형하는 단계에 의해 성형될 수도 있다. The calcined powder type catalyst may be formed by adding an organic or inorganic binder, kneading and extrusion molding.

본 발명에 따르면, 상술한 전구체는 특별히 한정되지 않지만, 탄화물, 산화물, 염화물, 질화물, 황화물, 황산염, 질산염, 이들의 수화물 또는 무수물로 구성된 군에서 단독으로 또는 2종 이상 선택될 수 있다. According to the present invention, the above-mentioned precursor is not particularly limited, but may be selected from the group consisting of carbide, oxide, chloride, nitride, sulfide, sulfate, nitrate, hydrate thereof or anhydride thereof singly or in combination.

상기 전구체의 용매는 특별히 한정되지는 않으나, 상기 전구체를 용해시킬 수 있는 극성 또는 비극성 용매에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, 에탄올, 부탄올과 같은 저급 알콜, 물, 또는 이들의 혼합물을 언급할 수 있다. The solvent of the precursor is not particularly limited but may be selected from polar or non-polar solvents capable of dissolving the precursor, for example, ethanol, a lower alcohol such as butanol, water, or a mixture thereof have.

상기 반응혼합물의 pH 조절은 함유된 성분들의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 상기 금속 전구체 용액에 첨가함으로써 수행될 수 있다. 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액이 상기 금속 전구체 용액에 첨가되어 상기 pH가 7 ~ 13이 될 수 있는데, 구체적인 pH의 값은 상기 금속 전구체 용액 내에 함유된 금속성분의 종류 및 함량에 따라 상기 범위 내에서 달라질 수 있다.The pH adjustment of the reaction mixture may vary depending on the kind of the components contained, but can be performed, for example, by adding an alkali carbonate or an aqueous solution of sodium hydroxide to the metal precursor solution. The alkaline carbonate or sodium hydroxide aqueous solution may be added to the metal precursor solution so that the pH of the metal precursor solution may be 7 to 13. The specific pH value may be within the above range depending on the type and content of the metal component contained in the metal precursor solution Lt; / RTI >

상기 알칼리족 탄산염 또는 상기 수산화나트륨 수용액의 농도 및 첨가 속도에 의해 상기 침전물의 입자 크기, 형성 속도 등이 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 빠르거나 농도가 너무 높으면 제조되는 형성되는 침전물의 입자의 크기가 커져서 촉매의 활성이 낮아지는 문제가 있다. 반면, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 느리거나 농도가 너무 낮으면 촉매 제조의 효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 문제점들을 효과적으로 억제하기 위해 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 농도를 0.5 ~ 3 mol/L 범위 내로 설정하고, 아울러 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 1분당 0.1 ~ 10mL의 속도로 상기 금속 전구체 용액에 첨가할 수 있다.The particle size, formation rate, etc. of the precipitate may vary depending on the concentration of the alkali carbonate or the sodium hydroxide aqueous solution and the addition rate. For example, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is too high or the concentration is too high, the size of the precipitate to be formed becomes large and the activity of the catalyst becomes low. On the other hand, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide solution is too slow or the concentration is too low, the efficiency of the catalyst production may be decreased. Therefore, in order to effectively suppress the above problems, the concentration of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is set within a range of 0.5 to 3 mol / L, and the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is added at a rate of 0.1 to 10 mL per minute May be added to the metal precursor solution.

다음으로, 상기 반응혼합물의 pH가 9 ~ 13의 범위 내에서 특정 값에 도달한 경우, 상기 침전물을 숙성시킬 수 있다. 상기 숙성은 침전 반응이 충분히 일어날 수 있도록 50 ~ 90℃에서 2 ~ 12시간 동안 수행될 수 있다. 숙성 온도가 너무 낮거나 너무 높으면 촉매 활성이 높은 입자 크기를 갖는 침전물을 형성하기가 곤란하므로, 전술한 바와 같이, 숙성 온도를 50 ~ 100℃, 바람직하게는 60 ~ 90℃로 설정할 수 있다.Next, when the pH of the reaction mixture reaches a specific value within the range of 9 to 13, the precipitate can be aged. The aging can be carried out at 50 to 90 ° C for 2 to 12 hours so that the precipitation reaction can take place sufficiently. If the aging temperature is too low or too high, it is difficult to form a precipitate having a high catalytic activity. Therefore, the aging temperature can be set to 50 to 100 ° C, preferably 60 to 90 ° C, as described above.

다음으로, 상기 침전물에 남아있는 알칼리족 탄산염 수용액 또는 수산화나트륨 수용액이 완전히 제거될 때까지 증류수로 충분히 세척해 준다. 이후, 세척된 침전물을 여과하고 건조한다. 상기 건조는 80 ~ 200℃에서 상기 침전물이 완전히 건조될 때까지 충분히 수행한다.Next, the precipitate is sufficiently washed with distilled water until the aqueous solution of the alkali carbonate or the aqueous solution of sodium hydroxide remaining in the precipitate is completely removed. The washed precipitate is then filtered and dried. The drying is sufficiently carried out at 80 to 200 DEG C until the precipitate is completely dried.

다음으로, 상기 침전물 내에 남아 있는 유기물을 제거하고 적절한 합금 상을 형성하기 위해서 상기 건조된 침전물을 소성할 수 있다. 상기 소성은 공기 분위기 또는 산소 분위기 하에서 400 ~ 700℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 구체적인 소성 온도는 높은 촉매 활성을 나타내는 합금상을 형성할 수 있는 온도로 정해질 수 있으며, 형성된 침전물 내에 함유된 금속 성분의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 구리 및 니켈 등의 금속 성분들은 400 ~ 700℃, 바람직하게는 500 ~ 600℃에서 소성될 경우 적절한 합금상이 형성될 수 있다.The dried precipitate may then be calcined to remove organic matter remaining in the precipitate and form a suitable alloy phase. The firing may be performed in an air atmosphere or an oxygen atmosphere at a temperature ranging from 400 to 700 ° C. The specific calcination temperature may be determined at a temperature at which an alloy phase exhibiting high catalytic activity can be formed, and may be varied depending on the kind and content of the metal component contained in the formed precipitate. For example, when a metal component such as copper and nickel is fired at 400 to 700 ° C, preferably 500 to 600 ° C, a suitable alloy phase may be formed.

다음으로, 상기 하소가 완료된 촉매 파우더에 무기 또는 유기바인더를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형한다. 상기 무기결합제는 다른 무기산화물, 예를들면 실리카, 지르코니아, 티타니아 등에서 선택될 수 있으며, 유기 결합제는 에테르 결합을 포함하는 세라믹용 유기 바인더 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 유기결합제의 구체적인 종류로는 PMB-15U, PMB-40H, MC-40H 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.Next, an inorganic or organic binder is added to the calcined catalyst powder, kneaded and extrusion-molded. The inorganic binder may be selected from other inorganic oxides, for example, silica, zirconia, titania, and the organic binder preferably includes at least one selected from organic binder for ceramics including an ether bond. Specific examples of the organic binder include, but are not limited to, PMB-15U, PMB-40H, and MC-40H.

결합체를 첨가한 촉매 파우더는 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 준 후, 증류수를 혼합하여 성형을 위한 반죽 형태를 제조한다. 이 후 압출기를 통하여 적절한 압력으로 압출시키면서 일정한 간격으로 컷팅하여 펠렛형 촉매를 제조한다.The catalyst powder added with the coupling agent is uniformly mixed using a mixer, and then mixed with distilled water to prepare a kneading form for molding. And then extruded at an appropriate pressure through an extruder to cut at regular intervals to produce a pellet type catalyst.

다음으로, 상기 완성된 펠렛형 촉매를 건조시킨다. 이 때 수분이 제거된다.Next, the completed pellet catalyst is dried. At this time, moisture is removed.

한편, 압출 성형을 위해 유기 결합제를 사용한 경우에는, 촉매 활성에 방해가 될 수 있는 유기결합제를 제거하고 촉매의 강도를 높이기 위하여, 추가적으로 상기 건조한 촉매를 고온에서 소성할 수 있다. 이 때 소성온도는 약 550℃, 시간은 6~8시간이 바람직하다. On the other hand, in the case of using an organic binder for extrusion molding, the dried catalyst may be further calcined at a high temperature in order to remove the organic binder which may interfere with the catalytic activity and to increase the strength of the catalyst. At this time, the firing temperature is preferably about 550 DEG C and the time is preferably 6 to 8 hours.

3. 3. 프로필렌글리콜의Of propylene glycol 제조 Produce

본 발명에 따르면, 수소첨가 분해반응용 촉매의 존재 하에 글리세롤로부터 프로필렌글리콜을 제조하는 방법은 하기 단계들을 포함한다:According to the present invention, a process for preparing propylene glycol from glycerol in the presence of a catalyst for hydrocracking reaction comprises the following steps:

(1) 글리세롤 수용액을 준비하는 단계; (1) preparing an aqueous glycerol solution;

이 단계에서, 글리세롤 수용액에 바이오디젤 합성과정에서 발생하는 염(Salt)와 같은 비휘발성 불순물이 포함되어 있는 경우에는 증발기를 이용해서 글리세롤을 먼저 분리 후 촉매 반응기로 공급하는 것이 촉매의 비활성화 측면에서 바람직하다. 하지만, 글리세롤 보다 비점이 낮은 불순물 (메탄올, 물 등)의 경우에는 글리세롤과 함께 촉매 반응기로 공급되어도 무방하다. 최종적으로 촉매 반응기로 투입되는 글리세롤의 농도는 일반적으로 10~98%, 구체적으로 20~95%, 바람직하게는 30~90%에서 선택될 수 있다. In this step, when the glycerol aqueous solution contains nonvolatile impurities such as salts generated in the biodiesel synthesis process, it is preferable to first remove the glycerol using an evaporator and then supply it to the catalytic reactor in terms of deactivation of the catalyst Do. However, in the case of impurities (methanol, water, etc.) whose boiling point is lower than that of glycerol, it may be supplied to the catalytic reactor together with glycerol. The concentration of glycerol to be finally fed into the catalytic reactor can be generally selected from 10 to 98%, specifically from 20 to 95%, preferably from 30 to 90%.

(2) 촉매를 반응기에 충진 후 H2 기체를 이용하여 촉매를 환원시키는 단계; (2) filling the catalyst in a reactor and reducing the catalyst using H 2 gas;

이 단계에서, 환원온도는 구체적으로는 250~350℃, 바람직하게는 270~330℃에서 선택될 수 있다. At this stage, the reduction temperature may be specifically selected from 250 to 350 占 폚, preferably from 270 to 330 占 폚.

(3) 상기 글리세롤 수용액과 수소 기체를 함께 주입하고 반응시켜 프로필렌 글리콜을 생성하는 단계; (3) injecting the glycerol aqueous solution and hydrogen gas together and reacting to produce propylene glycol;

이때, 수소 대 글리세롤의 몰비: 100 대 1 이하; 반응온도: 180~260℃, 구체적으로 200~240℃, 바람직하게는 210~230℃; 반응압력은 15~45bar, 구체적으로 20~40bar, 바람직하게는 글리세롤 공급 속도: 촉매 1g 당 0.05~3 g/h, 구체적으로 0.1~2 g/h, 바람직하게는 0.2~1.8 g/h에서 선택될 수 있다. Wherein the molar ratio of hydrogen to glycerol is 100: 1 or less; Reaction temperature: 180 to 260 占 폚, specifically 200 to 240 占 폚, preferably 210 to 230 占 폚; The reaction pressure is selected from 15 to 45 bar, specifically 20 to 40 bar, preferably glycerol feed rate: 0.05 to 3 g / h per 1 g of catalyst, specifically 0.1 to 2 g / h, preferably 0.2 to 1.8 g / h .

-상기 생성된 프로필렌 글리콜을 글리세롤과 물로부터, 예를 들면 증류, 추출 등에 의해, 분리하는 단계.- Separation of the resulting propylene glycol from glycerol and water, for example by distillation, extraction and the like.

이 때, 본 발명의 촉매를 펠렛 등의 일정한 형태로 성형하여 사용하면, 상기 제조방법을 연속으로 수행하는데 도움이 될 수 있다. At this time, if the catalyst of the present invention is molded into a predetermined form such as pellets, it can be helpful to carry out the above production method continuously.

상술한 반응조건은 임계적이 아니며, 적절히 변경될 수 있다. 본 발명의 특징에 따르면, 상술한 수소 대 글리세롤의 몰비는 구체적으로는 50 대 1 이하, 바람직하게는 20 대 1 이하이며, 경우에 따라서는 10 대 1 이하에서도 충분히 반응이 진행되어 우수한 결과를 줄 수 있다. The reaction conditions described above are not critical and can be changed as appropriate. According to an aspect of the present invention, the molar ratio of hydrogen to glycerol is 50 to 1 or less, preferably 20 to 1 or less, and in some cases, 10 to 1 or less, .

본 발명의 특징중의 하나는 상기 수소화 반응의 온도 및 압력을 적절히 조절하여 글리세롤을 액상으로 유지하고 이를 촉매 및 수소와 접촉시켜 촉매적 수소화반응을 액상에서 수행할 수 있다는 점으로써, 이에 의해 기상반응에 따른 불이익이나 문제점을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기상촉매반응에서 필수적으로 수반되는 코킹(coking)과 같은 문제점을 상당부분 방지할 수 있다는 이점이 있다. One of the characteristics of the present invention is that the glycerol can be kept in a liquid state by suitably controlling the temperature and pressure of the hydrogenation reaction and catalytic hydrogenation can be carried out in a liquid phase by bringing the glycerol into contact with the catalyst and hydrogen, It is possible to prevent the disadvantages and problems associated with the catalytic reaction and to prevent the problems such as coking which is necessarily accompanied by the vapor phase catalytic reaction to a great extent.

이하에, 본 발명은 실시예를 근거로 더욱 설명되며, 실시예에 의해 어떠한 방식으로도 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be further described on the basis of embodiments, and is not limited in any way by the embodiments.

실시예Example 1:  One: NiONiO (1)-(One)- CuOCuO (79)-(79) - SiO2SiO2 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

증류수 500ml에 콜로이드 형태의 실리카졸 (Ludox SM-30, 30중량%) 3.48g을 첨가하고, 온도를 4℃로 유지하면서, 12.50g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 0.19g의 Ni(NO3)2·6H2O를 교반하에 천천히 첨가하여 혼합한다. 결과된 반응혼합물의 pH 9.2가 될 때까지 0.1N NaOH를 교반하에 천천히 첨가한 다음, 상온에서 12시간 유지시키고, 이어서 75 ℃에서 5시간 동안 교반 하에 반응시켜 침전물을 형성시켰다. 3.48 g of colloidal silica sol (Ludox SM-30, 30% by weight) was added to 500 ml of distilled water, and while maintaining the temperature at 4 캜, 12.50 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 0.19 g of Ni (NO 3 ) 2揃 6H 2 O is slowly added under stirring and mixed. 0.1 N NaOH was added slowly with stirring until the pH of the resulting reaction mixture became 9.2, and then maintained at room temperature for 12 hours, followed by reaction at 75 占 폚 with stirring for 5 hours to form a precipitate.

상기 반응혼합물을 상온으로 냉각하고 여과하여 침전물을 회수하고, 이를 1000 ml의 증류수로 Na 이온이 검출되지 않을 때까지 세척하고, 100 ℃에서 12시간 동안 건조하여 상기 침전물을 분말형태로 수득하였다. The reaction mixture was cooled to room temperature and filtered to recover the precipitate. The precipitate was washed with 1000 ml of distilled water until no Na ion was detected, and dried at 100 ° C for 12 hours to obtain the precipitate in powder form.

수득된 분말을 550 ℃에서 공기 분위기에서 5시간 동안 소성하여 나노복합체 촉매를 제조하였다. The obtained powder was calcined at 550 DEG C for 5 hours in an air atmosphere to prepare a nanocomposite catalyst.

상기 단계에서 제조한 NiO (1)- CuO (79)- SiO 2 나노복합체 촉매 1.0g을 고정층 반응기에 넣고, 10% H2 기체를 이용하여 290 ℃에서 5시간 동안 처리 후, 0.5 g/h로 유량으로 80% 글리세롤 수용액을 공급하고, 16cc/min의 유량으로 수소를 공급하였다. 이 때, 반응기의 온도는 220 ℃, 30 기압으로 유지하였다. 상기 조건에서 300 시간 동안 반응을 진행 후 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.1.0 g of the NiO (1) - CuO (79) -SiO 2 nanocomposite catalyst prepared in the above step was placed in a fixed bed reactor, treated with 10% H 2 gas at 290 ° C. for 5 hours, 80% glycerol aqueous solution was supplied at a flow rate, and hydrogen was supplied at a flow rate of 16 cc / min. At this time, the temperature of the reactor was maintained at 220 캜 and 30 atm. The reaction was carried out under the above conditions for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

실시예Example 2:  2: NiONiO (3)-(3) - CuOCuO (77)-(77) - SiOSiO 22 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

12.50g의 Cu(NO3)2·3H2O, 0.63g의 Ni(NO3)2·6H2O 및 3.56g의 콜로이달 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 나노복합체 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Except that 12.50 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, 0.63 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 3.56 g of colloidal silica were used, Nanocomposite catalysts were prepared. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

실시예Example 3:  3: NiONiO (5)-(5) - CuOCuO (75)-(75) - SiOSiO 22 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

12.50g의 Cu(NO3)2·3H2O, 1.05g의 Ni(NO3)2·6H2O 및 3.66g의 콜로이달 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 나노복합체 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Except that 12.50 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, 1.05 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 3.66 g of colloidal silica were used, Nanocomposite catalysts were prepared. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

실시예Example 4:  4: NiONiO (10)-(10) - CuOCuO (70)-(70) - SiOSiO 22 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

12.50g의 Cu(NO3)2·3H2O, 2.29g의 Ni(NO3)2·6H2O 및 3.92g의 콜로이달 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 나노복합체 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The procedure of Example 1 was repeated, except that 12.50 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, 2.29 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 3.92 g of colloidal silica were used, Nanocomposite catalysts were prepared. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 1:  One: CuOCuO (10)-(10) - SiOSiO 22 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

Ni 전구체는 사용하지 않고, 12.50g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 3.43g의 콜로이달 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 나노복합체 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고, 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The nanocomposite catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that Ni precursor was not used, 12.50 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 3.43 g of colloidal silica were used. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 2:  2: CuOCuO (80)-(80) - SiO2SiO2 나노복합체 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using nanocomposite catalyst

Ni 전구체는 사용하지 않고, 1.25g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 5.50g의 콜로이달 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 나노복합체 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고, 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The nanocomposite catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that Ni precursor was not used and 1.25 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 5.50 g of colloidal silica were used. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 3: 2 3: 2 CuOCuO -- CrCr 22 OO 33 복합산화물 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using complex oxide catalysts

촉매 중 구리와 크롬의 원자수의 몰비가 1:1이 되도록 4.5g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 9.1g의 Cr(NO3)3·9H2O을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 복합산화물 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고, 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Except that 4.5 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 9.1 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were used so that the molar ratio of copper and chromium atoms in the catalyst was 1: The same procedures as in Example 1 were carried out to prepare the composite oxide catalyst. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 4:  4: CuOCuO -- CrCr 22 OO 33 복합산화물 촉매를 이용한 글리세롤 수소화 반응 Hydrogenation of glycerol using complex oxide catalysts

촉매 중 구리와 크롬의 원자수의 몰비가 1:2이 되도록 2.3g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 9.1g의 Cr(NO3)3·9H2O을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 복합산화물 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고, 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Except that 2.3 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 9.1 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were used so that the molar ratio of copper and chromium atoms in the catalyst was 1: 2 The same procedures as in Example 1 were carried out to prepare the composite oxide catalyst. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 5:  5: PdOPdO (3)-(3) - CuOCuO -- CrCr 22 OO 33 복합산화물 촉매를 이용한 글리세롤 수소화반응 Hydrogenation of glycerol using complex oxide catalysts

촉매 중 구리와 크롬의 원자수의 몰비가 1:2이 되도록 2.3g의 Cu(NO3)2·3H2O 및 9.1g의 Cr(NO3)3·9H2O을 사용하고 조촉매로서 0.24g의 PdCl2를 추가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여 상기 복합산화물 촉매를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법 및 조건에서 글리세롤의 수소화 반응을 300시간 동안 수행하고, 생성물을 기체크로마토그래피로 분석하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.2.3 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and 9.1 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were used so that the molar ratio of copper and chromium atoms in the catalyst was 1: 2 and 0.24 g of PdCl 2 was added to prepare a composite oxide catalyst. Hydrogenation of glycerol was carried out under the same conditions and conditions as in Example 1 for 300 hours, and the product was analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1 below.

실시예Example 촉매catalyst 30시간 반응 후After 30 hours of reaction 300 시간 반응 후After 300 hours of reaction 글리세롤
전환율
(%)
Glycerol
Conversion Rate
(%)
프로필렌글리콜
선택성
(%)
Propylene glycol
Selectivity
(%)
글리세롤 전환율 (%)Glycerol conversion (%) 프로필렌글리콜
선택성
(%)
Propylene glycol
Selectivity
(%)
실시예 1Example 1 Ni(1)-Cu(79)/SiO2 Ni (1) -Cu (79) / SiO 2 100100 9090 100100 9090 실시예 2Example 2 Ni(3)-Cu(77)/SiO2 Ni (3) -Cu (77) / SiO 2 100100 9696 100100 9696 실시예 3Example 3 Ni(5)-Cu(75)/SiO2 Ni (5) -Cu (75) / SiO 2 100100 9292 100100 9292 실시예 4Example 4 Ni(10)-Cu(70)/SiO2 Ni (10) -Cu (70) / SiO 2 100100 9191 100100 9191 비교예 1Comparative Example 1 Cu(10)/SiO2 Cu (10) / SiO 2 9999 7474 7575 8080 비교예 2Comparative Example 2 Cu(80)/SiO2 Cu (80) / SiO 2 9999 8080 9999 8080 비교예 3Comparative Example 3 2CuO-Cr2O3 2CuO-Cr 2 O 3 9595 8888 6565 9090 비교예 4Comparative Example 4 CuO-Cr2O3 CuO-Cr 2 O 3 100100 9393 9090 9494 비교예 5Comparative Example 5 Pd(3)-CuO-Cr2O3 Pd (3) -CuO-Cr 2 O 3 8282 8787 6969 9595

상기 표 1을 참조하면,Referring to Table 1,

비교예 1, 2에서 보듯이, Ni 성분을 포함하지 않는 Cu/SiO2 촉매에서 Cu 함량이 증가할수록 프로필렌글리콜 선택성 및 촉매의 안정성이 증가하나 여전히 프로필렌 글리콜 선택성은 80% 이하로 만족할 만한 수준은 아니며;As shown in Comparative Examples 1 and 2, as the Cu content increases in the Cu / SiO 2 catalyst not containing the Ni component, the propylene glycol selectivity and the stability of the catalyst are increased, but the propylene glycol selectivity is still not satisfactory ;

비교예 3, 4에서 보듯이, 상업적으로 사용되는 Cu Chromite (2CuO-Cr2O2 또는 CuO-Cr2O3)의 경우 초기 글리세롤 전환율 및 프로필렌글리콜 선택성은 우수하나 200시간 이후 글리세롤 전환율은 급격히 감소함을 알 수 있으며; As shown in Comparative Examples 3 and 4, in the case of commercially available Cu Chromite (2CuO-Cr 2 O 2 or CuO-Cr 2 O 3 ), the initial glycerol conversion and propylene glycol selectivity were excellent, but after 200 hours, the glycerol conversion rate Can be seen;

비교예 5와 같이, Pd이 도입된 Cu Chromite 촉매의 경우에도 수소/글리세롤 비율이 10이하로 낮은 조건에서는 초기 글리세롤 전환율도 낮고, 200시간 이후 반응성도 급격히 감소하는 것을 알 수 있으며; As in Comparative Example 5, even in the case of the Pd-introduced Cu Chromite catalyst, the initial glycerol conversion was also low under the condition that the hydrogen / glycerol ratio was as low as 10 or less, and the reactivity also decreased sharply after 200 hours;

반면, 실시예 1 내지 4에서처럼, 구리-실리카 나노복합체촉매에 니켈이 1 내지 10중량% 첨가된 경우 200시간 반응 후에도 높은 글리세롤 전환율과 높은 프로필렌글리콜 선택성을 유지함을 알 수 있다.On the other hand, when 1 to 10% by weight of nickel is added to the copper-silica nanocomposite catalyst as in Examples 1 to 4, it can be seen that high glycerol conversion and high propylene glycol selectivity are maintained even after 200 hours of reaction.

Claims (10)

하기 단계를 포함하는, 니켈, 구리 및 규소의 복합산화물 촉매의 존재 하에 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌글리콜의 제조방법:
- 글리세롤 수용액을 준비하는 단계(단계 1);
- 복합산화물 촉매를 전처리하는 단계 (단계 2);
- 상기 글리세롤 수용액과 수소 기체를 촉매가 충진된 반응기로 주입하고 반응시켜 1,2-프로필렌 글리콜을 생성하는 단계(단계 3); 및
- 상기 생성된 1,2-프로필렌글리콜을 글리세롤과 물로부터 분리하는 단계(단계 4),
여기서, 전술한 니켈, 구리 및 규소의 복합산화물 촉매는 Ni 전구체 화합물, Cu 전구체 화합물 및 SiO2로부터 공침법에 의해 제조된 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매이고, Ni 성분이 산화물로 환산하여 전체 촉매의 0.1~25중량%임.
A process for preparing propylene glycol by hydrogenation of glycerol in the presence of a complex oxide catalyst of nickel, copper and silicon, comprising the steps of:
Preparing a glycerol aqueous solution (step 1);
- pre-treating the composite oxide catalyst (step 2);
- injecting the glycerol aqueous solution and hydrogen gas into a reactor filled with a catalyst and reacting to produce 1,2-propylene glycol (step 3); And
Separating the resulting 1,2-propylene glycol from glycerol and water (step 4),
The composite oxide catalyst of nickel, copper and silicon described above is a NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst prepared from a Ni precursor compound, a Cu precursor compound and SiO 2 by coprecipitation, and the Ni component is converted into an oxide 0.1 to 25% by weight of the catalyst.
제 1 항에 있어서, 전술한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매는 복합산화물 및 혼합산화물이 혼재된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조 방법.The process for producing propylene glycol according to claim 1, wherein the NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst has a mixed oxide and a mixed oxide. 제 2 항에 있어서, 전술한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매에서 (Ni+Cu) 성분이 산화물로 환산하여 전체 촉매의 50~90중량%인 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.The process according to claim 2, wherein the (Ni + Cu) component in the NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst is 50 to 90% by weight of the total catalyst in terms of oxides. A process for producing propylene glycol. 제 1 항에 있어서, 전술한 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매에서 Ni 성분이 산화물로 환산하여 전체 촉매의 0.6~15중량%인 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.The process according to claim 1, wherein the Ni component in the NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalyst is 0.6 to 15% by weight of the total catalyst in terms of oxides, the production of propylene glycol by hydrogenation of glycerol Way. 제 1 항에 있어서, 전술한 글리세롤 및 수소는 10:1 또는 그 이하의 몰비로 공급되는 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.The process for producing propylene glycol according to claim 1, wherein the glycerol and hydrogen are fed at a molar ratio of 10: 1 or less. 제 1 항에 있어서, 단계 2는 니켈, 구리 및 규소의 나노복합체 촉매를 수소 기체 흐름하에서 전처리하는 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.2. The process according to claim 1, wherein step 2 is a pretreatment of a nanocomposite catalyst of nickel, copper and silicon under a hydrogen gas flow. 제 1 항에 있어서, 단계 3은 200~250 ℃의 온도 및 20~40기압의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.The process according to claim 1, wherein step 3 is carried out at a temperature of from 200 to 250 ° C and a pressure of from 20 to 40 atmospheres. 제 2 항에 있어서, 상기 SiO2는 입자크기가 5~50 nm인 콜로이드 실리카에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조방법.The method of claim 2, wherein the SiO 2 is a method of producing propylene glycol according to, hydrogenation of glycerol, characterized in that the particle size of the colloidal silica is selected from 5 ~ 50 nm. Ni 전구체 화합물, Cu 전구체 화합물 및 SiO2로부터 공침법에 의해 제조되고, 글리세롤의 수소첨가반응에 의한 프로필렌 글리콜의 제조를 위해 사용되는 NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매.NiO-CuO / SiO 2 nanocomposite catalysts prepared by coprecipitation from Ni precursor compounds, Cu precursor compounds and SiO 2 and used for the production of propylene glycol by hydrogenation of glycerol. 제 9 항에 있어서, (Ni+Cu) 성분이 산화물로 환산하여 전체 촉매의 50~90중량%이고, Ni 성분이 산화물로 환산하여 전체 촉매의 0.1~25중량%인, NiO-CuO/SiO2 나노복합체 촉매.10. The method of claim 9, (Ni + Cu) component and in terms of the oxide 50 to 90% by weight of the total catalyst, of, NiO-CuO / SiO 2 The Ni component in terms of oxide 0.1 to 25% by weight of the total catalyst Nanocomposite catalysts.
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